天線基礎(chǔ)知識(shí)(編輯修改稿)
2024-09-01 04:54 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 線輻射能力的表征。 rr RIP221?第 1章 天線基礎(chǔ)知識(shí) 頻帶寬度 天線的所有電參數(shù)都和工作頻率有關(guān) 。 任何天線的工作頻率都有一定的范圍 ， 當(dāng)工作頻率偏離中心工作頻率 f0時(shí) ， 天線的電參數(shù)將變差 ， 其變差的容許程度取決于天線設(shè)備系統(tǒng)的工作特性要求 。 當(dāng)工作頻率變化時(shí) ， 天線的有關(guān)電參數(shù)變化的程度在所允許的范圍內(nèi) ， 此時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率范圍稱為頻帶寬度 (Bandwidth)。根據(jù)天線設(shè)備系統(tǒng)的工作場(chǎng)合不同 ， 影響天線頻帶寬度的主要電參數(shù)也不同 。 第 1章 天線基礎(chǔ)知識(shí) 根據(jù)頻帶寬度的不同 ， 可以把天線分為窄頻帶天線 、 寬頻帶天線和超寬頻帶天線 。 若天線的最高工作頻率為 fmax， 最低工作頻率為 fmin， 對(duì)于窄頻帶天線 ， 常用相對(duì)帶寬 ， 即 ［ (fmaxfmin)/f0］ 100%來表示其頻帶寬度 。 而對(duì)于超寬頻帶天線 ， 常用絕對(duì)帶寬 ， 即fmax/fmin來表示其頻帶寬度 。 通常 ， 相對(duì)帶寬只有百分之幾的為窄頻帶天線 ，例如引向天線；相對(duì)帶寬達(dá)百分之幾十的為寬頻帶天線 ， 例如螺旋天線；絕對(duì)帶寬可達(dá)到幾個(gè)倍頻程的稱為超寬頻帶天線 ， 例如對(duì)數(shù)周期天線 。 第 1章 天線基礎(chǔ)知識(shí) 互易定理與接收天線的電參數(shù) 互易定理 接收天線工作的物理過程是 ， 天線導(dǎo)體在空間電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) ， 并在導(dǎo)體表面激勵(lì)起感應(yīng)電流 ,在天線的輸入端產(chǎn)生電壓 ， 在接收機(jī)回路中產(chǎn)生電流 。 所以接收天線是一個(gè)把空間電磁波能量轉(zhuǎn)換成高頻電流能量的轉(zhuǎn)換裝置 ， 其工作過程就是發(fā)射天線的逆過程 。 第 1章 天線基礎(chǔ)知識(shí) 由于天線無論作為發(fā)射還是作為接收 ， 應(yīng)該滿足的邊界條件都是一樣的 ， 因此天線在接收狀態(tài)下的電流分布也應(yīng)該和發(fā)射時(shí)的相同 。 這就意味著任意類型的天線用作接收天線時(shí) ， 它的極化 、 方向性 、 阻抗特性等均與它用作發(fā)射天線時(shí)的相同 。 這種同一天線收發(fā)參數(shù)相同的性質(zhì)被稱為天線的收發(fā)互易性 ， 它可以用電磁場(chǎng)理論中的互易定理予以證明 。 第 1章 天線基礎(chǔ)知識(shí) 有效接收面積 。 有效接收面積 (Effective Aperture)是衡量接收天線接收無線電波能力的重要指標(biāo) 。 接收天線的有效接收面積的定義為：當(dāng)天線以最大接收方向?qū)?zhǔn)來波方向進(jìn)行接收時(shí) ， 并且天線的極化與來波極化相匹配 ， 接收天線送到匹配負(fù)載的平均功率 PLmax與來波的功率密度Sav之比 ， 記為 Ae。 即 m a xLeavPAS?第 1章 天線基礎(chǔ)知識(shí) 等效噪聲溫度 天線除了能夠接收無線電波之外 ， 還能夠接收來自空間各種物體的噪聲信號(hào) 。 外部噪聲通過天線進(jìn)入接收機(jī) ， 因此 ， 又稱天線噪聲 。 外部噪聲包含有各種成分 ， 例如地面上有其它電臺(tái)信號(hào)以及各種電氣設(shè)備工作時(shí)的工業(yè)輻射 ， 它們主要分布在長(zhǎng) 、 中 、 短波波段；空間中有大氣雷電放電以及來自宇宙空間的各種輻射 ， 它們主要分布在微波及稍低于微波的波段 。 天線接收的噪聲功率的大小可以用天線的等效噪聲溫度TA來表示 。 第 1章 天線基礎(chǔ)知識(shí) 天線輻射基礎(chǔ) 本節(jié)介紹天線的基本輻射單元 ——電流元 、 磁流元和惠更斯元的輻射問題 。 第 1章 天線基礎(chǔ)知識(shí) 電基本振子的輻射 電基本振子 （ Electric Short Dipole） 又稱電流元 ， 它是指一段理想的高頻電流直導(dǎo)線 ， 其長(zhǎng)度 l遠(yuǎn)小于波長(zhǎng) λ， 其半徑 a遠(yuǎn)小于l， 同時(shí)振子沿線的電流 I處處等幅同相 。 用這樣的電流元可以構(gòu)成實(shí)際的更復(fù)雜的天線 ， 因而電基本振子的輻射特性是研究更復(fù)雜天線輻射特性的基礎(chǔ) 。 yxzl OIr??E?H?Sav圖 9 電基本振子遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng) 第 1章 天線基礎(chǔ)知識(shí) 磁基本振子的輻射 磁基本振子 （ Magic Short Dipole） 又稱磁流元 、 磁偶極子 。盡管它是虛擬的 ， 迄今為止還不能肯定在自然界中是否有孤立的磁荷和磁流存在 ， 但是它可以與一些實(shí)際波源相對(duì)應(yīng) ， 例如小環(huán)天線或者已建立起來的電場(chǎng)波源 ，用此概念可以簡(jiǎn)化計(jì)算 ， 因此討論它是有必要的 。 OrIml?xyz?E?H?圖 10 磁基本振子 第 1章 天線基礎(chǔ)知識(shí) 等效原理與惠更斯元的輻射 如圖 11所示，面天線通常由金屬面 S1和初級(jí)輻射源組成。設(shè)包圍天線的封閉曲面由金屬面的外表面 S1以及金屬面的口徑面 S2共同組成，由于 S1為導(dǎo)體的外表面，其上的場(chǎng)為零，于是面天線的輻射問題就轉(zhuǎn)化為口徑面 S2的輻射。由于口徑面上存在著口徑場(chǎng) ES和 HS，根據(jù)惠更斯原理 (Huygen39。s Principle)，將口徑面 S2分割成許多面元，這些面元稱為惠更斯元或二次輻射源。 第 1章 天線基礎(chǔ)知識(shí) 圖 11 等效原理 初 級(jí) 輻 射 源S1S2第 1章 天線基礎(chǔ)知識(shí) 由所有惠更斯元的輻射之和即得到整個(gè)口徑面的輻射場(chǎng) 。 為方便計(jì)算 ， 口徑面 S2通常取為平面 。 當(dāng)由口徑場(chǎng)求解輻射場(chǎng)時(shí) ， 每一個(gè)面元的次級(jí)輻射可用等效電流元與等效磁流元來代替 ， 口徑場(chǎng)的輻射場(chǎng)就是由所有等效電流元 （ 等效電基本振子 ） 和等效磁流元 （ 等效磁基本振子 ） 所共同產(chǎn)生的 。 這就是電磁場(chǎng)理論中的等效原理 (Field Equivalence Theorem)。 第 1章 天線基礎(chǔ)知識(shí) 圖 12 惠更斯輻射元及其坐標(biāo) yxzrd xE
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